基于nRF905的無線水表自動抄表系統(tǒng)設計

摘要：論述了目前無線自動抄表技術的發(fā)展狀況，系統(tǒng)采用nRF905構(gòu)建無線通信模塊，實現(xiàn)了無線方式的自動抄表，解決了人工抄表費時費力的現(xiàn)狀。文章闡述了無線水表自動抄表系統(tǒng)硬件和軟件設計方法，采用有效的低功耗設計方案，解決了電池使用壽命低的問題；通過構(gòu)建合理的通信協(xié)議，保證了通信的可靠性。系統(tǒng)模塊設計具有通用性，適用于各種近距離無線數(shù)據(jù)傳輸領域，具有較高的實用價值。
關鍵詞：水表自動抄表；無線通信；nRF905；通信協(xié)議

全國大部分新建居民小區(qū)除了引用綠色生態(tài)的概念外，還在整體設計中引進了智能化居住小區(qū)的理念，以提高居民的生活質(zhì)量，自動抄表系統(tǒng)也是智能化居住小區(qū)的一個重要技術環(huán)節(jié)，住宅遠傳系統(tǒng)是信息技術發(fā)展的一個大趨勢，無線水表抄表系統(tǒng)正是其中的一個重要部分。
目前集中器跟主站之間的通信技術已經(jīng)成熟，關鍵技術就在于集中器與各個模塊之間的通信。其主要的通信方式有：RS-485總線方式、電力線載波方式、無線方式、紅外方式。根據(jù)我國的區(qū)域不同以及建筑特點的不同這幾種通信方式必將共存一個時期。電力線載波方式在傳輸可靠性方面的問題很長一段時期內(nèi)還不能很好的解決，這種方式也不太適合我國電網(wǎng)；紅外方式也不能適應智能化小區(qū)的要求，仍然費時費力；無線方式則以安裝和維護難度低、很好的滿足智能化需求而倍受推捧，雖然還沒有被大范圍普遍應用，但是無線抄表是將來發(fā)展的一個必然趨勢。

1 概述
1．1 無線水表抄表系統(tǒng)簡介
無線水表抄表系統(tǒng)是水表單元定時或者定量的將用戶用水量以無線傳輸方式發(fā)送到某固定站點，然后在由抄表終端或者GPRS等方式集中抄走的一種自動化集中抄表系統(tǒng)。它比傳統(tǒng)的手工抄表相比有如下優(yōu)勢：1)工作效率上得到極大的提高，并且保證數(shù)據(jù)準確可靠。2)能及時的發(fā)現(xiàn)水表故障，減少損失。3)系統(tǒng)運行成本低，大大減少了手工抄表所用的人力物力、出車等費用。4)抄表時間靈活，不受用戶制約，避免了手工抄表員入戶難的問題。5)具有自動報警功能，及時發(fā)現(xiàn)非法用水和盜水等現(xiàn)象。
1．2 工作原理
無線遠傳水表正常狀態(tài)下工作在低功耗模式，CPU休眠、無線傳輸模塊關閉，電流消耗幾乎為零，采用定量發(fā)送的工作模式，即當水表的電子計數(shù)每積累到一定量的時候(比如100升)，水表電子單元CPU被喚醒，然后開啟無線傳輸模塊，轉(zhuǎn)到工作模式并且處于發(fā)射狀態(tài)，此時水表的數(shù)據(jù)更新，水表電子單元將當前的水表脈沖計數(shù)發(fā)送給數(shù)據(jù)集中器，發(fā)送完畢后，繼續(xù)恢復到正常待機狀態(tài)的低功耗模式。水表采樣標準的脈沖信號，可以適合任何一種采用脈沖傳感器式的水表基表(偉根式傳感器或干簧式傳感器)。
1．3 技術難度
同樣是無線抄表系統(tǒng)，相對于電表而言，水表的抄表系統(tǒng)存在更多的技術難題，這主要體現(xiàn)在抄表終端的設計上。歸納起來，水表的抄表終端必須解決以下幾個方面的問題：
1)供電 由于水表的抄表終端采用電池供電，因此，對功耗要求非?？量蹋?jīng)常性的更換電池也是不現(xiàn)實的。一般而言，電池的使用時間至少要達到5年，這取決于電池的容量、設備的耗電情況、設備的運行要求等等因素。
2)仿水水表所處的特殊環(huán)境總是與水、潮濕分不開的，因此，抄表終端必須在防潮、防水方面仔細考慮，要能夠在這樣的環(huán)境下長時間正常工作。
3)成本 無論是家庭用戶，還是企業(yè)用戶，抄表終端的成本始終是繞不開的話題，特別是家庭用戶，對于成本更為敏感。這里的成本包括兩個部分：第一，一次性改造或者安裝的成本；第二，系統(tǒng)的運行成本。最好的方案應當是一次性投入的成本盡可能低，運行成本沒有或者非常低。
4)對水表的故障檢測 人工抄表除了抄讀水表讀數(shù)外，同時還擔負著檢查水表工作是否正常的任務。如果改為自動抄表系統(tǒng)，那么該系統(tǒng)應當也具備對水表故障的自動檢測功能。當然，這需要水表與抄表終端的配合才能實現(xiàn)。
5)計量的準確性、通信的可靠性 這是無線抄表系統(tǒng)的最基本的要求，但同時又是不很容易解決定問題。因為無線通信很容易受到一些金屬、房屋結(jié)構(gòu)的屏蔽，還有一些無線信號頻率相近的電波干擾問題。這需要將硬件設計、軟件設計以及現(xiàn)場配置綜合起來考慮，將系統(tǒng)通信可靠性能達到最高。
6)通信協(xié)議及數(shù)據(jù)安全 目前沒有一個通用的無線通信協(xié)議出臺，這樣不同的無線設備就不能做到相互兼容，需要自己定義一個比較合理的通信協(xié)議；另外無線通信的頻段相對較為固定，很容易被檢測到，這就需要在數(shù)據(jù)安全方面加強防范措施。

2 國內(nèi)外發(fā)展概況
國外已經(jīng)有了無線抄表系統(tǒng)的應用，大部分已經(jīng)發(fā)展的很成熟，但是國外產(chǎn)品在國內(nèi)應用還很少，目前已經(jīng)有一些國外產(chǎn)品在國內(nèi)打市場，也有一些國內(nèi)代理，比如法國CORONIS公司的WAVENIS技術，其技術含量較高，性能比較好。
當前我國住宅遠傳系統(tǒng)是信息技術發(fā)展的一個大趨勢，目前已經(jīng)形成了一個專門的行業(yè)，就像電視電話一樣，在國內(nèi)存在著巨大的市場，面對這塊“大蛋糕”，國內(nèi)一些企業(yè)爭先恐后的加入，但是系統(tǒng)的可靠性和兼容性還不夠完善，大部分遠傳產(chǎn)品還不能做到跟基表同樣長的使用壽命，產(chǎn)品使用年限到達后如何解決也是一個問題。
在水行業(yè)的信息化過程中，戶表數(shù)據(jù)的自動抄送具有十分重要的意義，也是行業(yè)單位想要迫切解決的問題，水表數(shù)據(jù)的準確性、及時性直接影響到行業(yè)單位的信息化水平、管理決策、經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的手工抄表費時、費力，準確性、及時性等都得不到可靠的保證，特別對于地域廣闊、戶表分散的地區(qū)，人工抄表更是費用高昂、效率低下，行業(yè)的實際需求催生著自動抄表系統(tǒng)的出現(xiàn)。